試議山西煤電工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)淺析

1、試議山西煤電工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)淺析【論文摘要】本文在分析山西當(dāng)前煤電工業(yè)現(xiàn)狀和存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念為指導(dǎo)，提出從提高燃煤發(fā)電效率、綜合利用煤電工業(yè)廢棄物、實(shí)施節(jié)水措施等角度解決山西煤電工業(yè)存在的問(wèn)題，從而從技術(shù)層面和政策層面把握山西煤電發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)?！菊撐年P(guān)鍵詞】煤電工業(yè)；火電廠；循環(huán)經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力先行，電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最重要的、關(guān)系國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)能源產(chǎn)業(yè)，世界各國(guó)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中都把電力工業(yè)作為優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。山西是我國(guó)主要的煤電生產(chǎn)大省之一，近年來(lái)山西省在大力發(fā)展煤電工業(yè)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也給本省的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了沉重的壓力，成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大瓶頸。對(duì)

2、于山西煤電工業(yè)存在著的高能耗、高污染和低效率的現(xiàn)實(shí)情況，全面推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)模式，已成為山西煤電工業(yè)進(jìn)入良性發(fā)展的必要措施。一、循環(huán)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)理論（一）循環(huán)經(jīng)濟(jì)的內(nèi)涵循環(huán)經(jīng)濟(jì)（recycleeconomy）本質(zhì)上是一種生態(tài)經(jīng)濟(jì)。它是以資源能源物料閉合循環(huán)利用的經(jīng)濟(jì)形態(tài)來(lái)持續(xù)循環(huán)產(chǎn)生效益的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)形式。它把生態(tài)設(shè)計(jì)、清潔生產(chǎn)、資源綜合利用、再生資源回收利用等融為一體，強(qiáng)調(diào)節(jié)約和有效利用資源，以物質(zhì)、能量梯次和閉合循環(huán)使用為特征，在生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程中以最小成本追求最大的經(jīng)濟(jì)效率和生態(tài)效益，是一種新型、先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)形態(tài)。（二）循環(huán)經(jīng)濟(jì)的基本原則循環(huán)經(jīng)濟(jì)遵循“減量化、再使用、再循環(huán)、無(wú)害化”的行為準(zhǔn)則，稱

3、之為“3R”原則，每一項(xiàng)原則對(duì)于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的成功實(shí)踐都是必不可少的：1.減量化（Reduce）。循環(huán)經(jīng)濟(jì)主張從源頭減少進(jìn)入生產(chǎn)和消費(fèi)領(lǐng)域的物質(zhì)流和能量流，控制污染物的產(chǎn)生，在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的源頭就注意節(jié)約資源和減少污染，從而減輕整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的壓力。2.再利用（Reuse）。再利用原則屬于過(guò)程性方法，目的在于提高產(chǎn)品的利用效率，是延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命周期最有效辦法，通過(guò)對(duì)所購(gòu)買的產(chǎn)品進(jìn)行重復(fù)使用，在一定程度上減輕了輸入端對(duì)物質(zhì)投入量的需求。資源利用率與環(huán)境污染率是成反比關(guān)系的：資源利用效率越高，環(huán)境污染率就越低，原因是把原來(lái)污染了環(huán)境的那部分資源綜合利用起來(lái)了。3.再循環(huán)（Recycle）。再

4、循環(huán)原則主要通過(guò)對(duì)廢棄物的再生利用和資源化來(lái)實(shí)現(xiàn)，資源化存在兩種方式，一種是原級(jí)資源化，即將消費(fèi)者遺棄的廢棄物資源化后形成與原來(lái)相同的新產(chǎn)品；第二種是次級(jí)資源化，即廢棄物被變成不同類型的新產(chǎn)品。二、國(guó)內(nèi)外研究及實(shí)施狀況（一）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀從1998年中國(guó)開(kāi)始引入循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念開(kāi)始，目前我國(guó)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)正從宣傳示范的啟動(dòng)階段走向建立政策機(jī)制的推動(dòng)階段，國(guó)內(nèi)煤電工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究理論與實(shí)踐主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。1.發(fā)展整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（IGCC）1IGCC（IntegratedGasificationCombinedCycle）是將煤氣化和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電結(jié)合起來(lái)的一項(xiàng)新型燃煤發(fā)電技術(shù)。

5、IGCC發(fā)電系統(tǒng)有兩大分系統(tǒng)構(gòu)成，即煤的氣化、潔凈系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)，其基本原理是將煤炭氣化與凈化后制成潔凈的煤氣，形成高溫燃?xì)夂笸苿?dòng)燃?xì)廨啓C(jī)做功，燃?xì)廨喤艢膺M(jìn)入余熱鍋爐；余熱鍋爐、氣化爐產(chǎn)生的蒸汽再進(jìn)入汽輪機(jī)做功，從而構(gòu)成一種燃煤聯(lián)合循環(huán)。IGCC發(fā)電因其通過(guò)煤炭或者固體碳?xì)浠衔锏臍饣?，?lián)合循環(huán)產(chǎn)生合成煤氣或者其他副產(chǎn)品，既能高效地利用煤炭資源，又有很好的環(huán)保效果。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)可以把能源利用效率提高到50%56%，并且減少95%99%的SO2和NOX的排放。2(/).對(duì)煤矸石進(jìn)行合理利用首先，利用煤矸石發(fā)電。煤矸石電廠與大容量火電廠相比較有著更高的經(jīng)濟(jì)效益，作為燃料的煤矸石價(jià)格很

6、低，一般折合噸標(biāo)準(zhǔn)煤最多只要40元，因而煤矸石電廠的發(fā)電成本相對(duì)較低；其次，把煤矸石燒制作為耐火材料的原材料而利用，煤矸石的礦物組成主要是SiO2、AI2O3及一些硅鎂的氧化物可以利用煤矸石合成耐火材料碳化硅。另一利用途徑是將煤矸石粉碎，制成各種建筑材料。3.粉煤灰的綜合利用粉煤灰可用于水泥生產(chǎn)的原材料。粉煤灰具有與粘土相類似的化學(xué)成分，它可以代替粘土組份進(jìn)行配料生產(chǎn)水泥。國(guó)內(nèi)已研制出硅酸鹽水泥、硅酸三鈣水泥、硫酸鋁酸鈣水泥、低比重油井水泥、早強(qiáng)型水泥等，有的粉煤灰摻量可達(dá)75%。由于粉煤灰中含有一定量的未能燃燒的碳粒，所以用粉煤灰配料還能節(jié)省燃料。粉煤灰還可以制造粉煤灰燒結(jié)磚和粉煤灰免燒磚等

7、墻體材料。另外，粉煤灰具有吸附性，呈多孔蜂窩性組織，具有很大的比表面積，具有固體吸附劑的性能，因此可以用粉煤灰來(lái)處理廢水。4.脫硫副產(chǎn)品利用從國(guó)內(nèi)綜合利用的實(shí)踐看，脫硫石膏可用于水泥和土壤改良等領(lǐng)域。用石膏制取硫酸的工藝，或?qū)⑹嗉尤牖剞D(zhuǎn)爐內(nèi)，再添加其他成分生產(chǎn)水泥熟料。（二）國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外關(guān)于煤電工業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究多從技術(shù)層面進(jìn)行，大力研發(fā)煤矸石發(fā)電技術(shù)，不斷降低燃煤發(fā)電的煤耗和水耗，同時(shí)減少氮氧化物、硫化物和CO2的排放，促進(jìn)煤電發(fā)電的清潔生產(chǎn)。1.發(fā)展空冷技術(shù)，降低發(fā)電機(jī)組水耗傳統(tǒng)的煤電工業(yè)一直是用水大戶，僅發(fā)電機(jī)組冷卻用水的冷卻塔就持續(xù)不斷地向大氣中排放水蒸汽，消耗冷卻水的30%。國(guó)

8、外先進(jìn)的空冷技術(shù)以德國(guó)GEA公司和比利時(shí)哈蒙公司為代表。德國(guó)GEA公司的空冷散熱器占世界生產(chǎn)量的65%70%，其空冷技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位。在歐美和南非國(guó)家，大型空冷機(jī)組及其技術(shù)被廣泛采用，節(jié)約用水、更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境已成為發(fā)達(dá)國(guó)家電力工業(yè)發(fā)展過(guò)程中被高度重視和深人研究的課題。2.發(fā)展循環(huán)流化床燃燒技術(shù)循環(huán)流化床（CFB）燃燒技術(shù)是一項(xiàng)近二十年發(fā)展起來(lái)的清潔煤燃燒技術(shù)。它具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石爐內(nèi)脫硫、調(diào)峰能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。特別是針對(duì)粗顆粒燃料，絕大部分未燃盡的燃料被再循環(huán)至爐膛，因而其燃燒效率可與煤粉爐相媲美，通常達(dá)到97.5%99.5%。循環(huán)流化床低成本地

9、實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格的污染排放指標(biāo)，同時(shí)燃用劣質(zhì)燃料，在負(fù)荷適應(yīng)性和灰渣綜合利用等方面具有綜合優(yōu)勢(shì)，為煤粉爐的節(jié)能環(huán)保改造提供了一條有效的途徑。國(guó)外的先進(jìn)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)以德國(guó)為代表，德國(guó)Lurgi公司較早地開(kāi)發(fā)出了采用保溫、耐火及防磨材料砌裝成筒身的高溫絕熱式旋風(fēng)分離器的CFB鍋爐。分離器入口煙溫在850左右。應(yīng)用絕熱旋風(fēng)筒作為分離器的循環(huán)流化床鍋爐稱為第一代循環(huán)流化床鍋爐，目前已經(jīng)商業(yè)化。據(jù)分析，超臨界循環(huán)流化床鍋爐電廠的效率可達(dá)43%44%。3.發(fā)展超臨界和超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)參照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，超臨界機(jī)組為主蒸汽壓力高于臨界壓力（一般高于24(工學(xué)/電力 論文 /).0MPa，低于28.0MPa

10、）的機(jī)組；超超臨界機(jī)組為主蒸汽壓力達(dá)到28.0MPa以上，或主蒸汽溫度和（或）再熱蒸汽溫度為593及以上的超臨界機(jī)組。超超臨界機(jī)組蒸汽參數(shù)愈高，熱效率也隨之提高。亞臨界機(jī)組的發(fā)電效率約為38%，而超臨界機(jī)組的發(fā)電效率約為41%。4.建立火電廠生態(tài)工業(yè)園區(qū)火電廠生態(tài)工業(yè)園是以火電廠為核心，利用電、水、熱和物質(zhì)副產(chǎn)品與其他企業(yè)聯(lián)合形成生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，使園區(qū)內(nèi)資源得到最佳配置，廢物得到高效利用，環(huán)境污染降到最低水平。國(guó)外的火電廠生態(tài)工業(yè)園區(qū)發(fā)展較早，丹麥的卡倫堡生態(tài)工業(yè)園是一個(gè)以大型火電廠為中心發(fā)展網(wǎng)絡(luò)共生生態(tài)工業(yè)園的成功例子。以丹麥卡倫堡生態(tài)工業(yè)園區(qū)模式為樣板，美國(guó)、加拿大、法國(guó)等國(guó)家也很早就開(kāi)始了生

11、態(tài)工業(yè)園區(qū)規(guī)劃和建設(shè)實(shí)踐，并取得豐富經(jīng)驗(yàn)。其他國(guó)家如泰國(guó)、印度尼西亞、菲律賓、納米比亞和南非等發(fā)展中國(guó)家也正積極興建生態(tài)工業(yè)園。三、山西煤電工業(yè)存在的問(wèn)題及原因分析（一）山西煤電發(fā)展中存在的問(wèn)題1.機(jī)組參數(shù)低、能耗高山西的供電煤耗與世界先進(jìn)水平相差約4050g/kWh，與世界先進(jìn)水平相比，目前山西省一年發(fā)電多耗標(biāo)準(zhǔn)煤約900萬(wàn)噸。山西省火電廠平均裝機(jī)耗水率比國(guó)際先進(jìn)水平也高出40%。比如，山西陽(yáng)光發(fā)電有限責(zé)任公司的供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗高達(dá)351g/kWh，比國(guó)際先進(jìn)水平（320克/千瓦時(shí)）高出31g/kwh。2.環(huán)境污染嚴(yán)重山西電力的構(gòu)成中約80%以上是煤電，在電源結(jié)構(gòu)方面今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)將繼續(xù)維持

12、燃煤機(jī)組為主的基本格局。眾所周知，火力發(fā)電廠的鍋爐是大氣中污染物排放的主要來(lái)源。煤炭燃燒過(guò)程中排放的污染物引起負(fù)面效應(yīng)：煙灰排放引起空氣中懸浮顆粒增多；二氧化硫和氮氧化物排入大氣后會(huì)引起局部地區(qū)酸雨；二氧化碳和甲烷等溫室氣體的排放會(huì)引起全球氣候變暖等。3.資源浪費(fèi)嚴(yán)重山西煤系地層中共生、伴生的礦產(chǎn)資源分布廣泛且種類繁多，如鋁土礦、硫鐵礦、高嶺土、耐火粘土、甲烷及稀有元素鎵、鍺等。由于種種原因，這些礦產(chǎn)資源還沒(méi)有得到綜合開(kāi)發(fā)利用。同時(shí)煤炭工業(yè)在采煤過(guò)程和洗煤過(guò)程中排放大量的含碳量較低的煤矸石，造成大量可回收分類利用的煤矸石被廢棄；另一方面，山西目前依然存在大量的小火電機(jī)組，這些機(jī)組設(shè)備老化、技術(shù)

13、落后、效益低下，造成煤耗的增大。（二）造成當(dāng)前局面的原因1.機(jī)組容量不合理，燃煤發(fā)電總體效率低下截至2010年底，山西省發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到4700萬(wàn)千瓦，其中外送電裝機(jī)容量1515萬(wàn)千瓦，其中，10萬(wàn)千瓦以下機(jī)組的裝機(jī)容量占12.32%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)30萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組，每發(fā)電1千瓦時(shí)的煤耗約為330克標(biāo)準(zhǔn)煤，一臺(tái)60萬(wàn)千瓦超臨界發(fā)電機(jī)組每發(fā)電1千瓦時(shí)的煤耗為300克標(biāo)準(zhǔn)煤，而13.5萬(wàn)千瓦及以下機(jī)組每發(fā)電1千瓦時(shí)煤耗為350至400克，比30萬(wàn)千瓦機(jī)組約多煤耗15%，比60萬(wàn)千瓦超臨界機(jī)組約多煤耗26%。在熱效率方面，60萬(wàn)千瓦超臨界機(jī)組的電廠熱效率達(dá)41%，30萬(wàn)千瓦機(jī)組電廠的熱效率為38%左

14、右，而13.5萬(wàn)千瓦及以下機(jī)組電廠的熱效率都在35%以下。2.煤電工業(yè)的廢棄物沒(méi)有合理利用煤電工業(yè)產(chǎn)生的廢棄物有煤矸石、粉煤灰和硫化物等，這些物質(zhì)大多都有一定的回收利用價(jià)值，如果不加以利用不僅造成很大浪費(fèi)，而且更重要的是引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。3.水資源緊缺，制約煤電工業(yè)發(fā)展山西是以煤電和冶金為主的重工業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，電力、冶金、煤炭、化工和機(jī)械行業(yè)的取水量占到全省規(guī)模以上工業(yè)取水量的90.9%。廢水排放量逐年增加，而目前的處理能力還不到一半，大部分未經(jīng)處理的污水直接排人河道或滲入地下，污染由點(diǎn)向面擴(kuò)展，使90%以上的河道遭受污染，近80%的河流已喪失水體自凈功能。另外，山西對(duì)煤炭的大量開(kāi)發(fā)造成水資源

15、的破害，平均開(kāi)采一噸煤要排漏水2.5噸，致使地下水位下降，動(dòng)態(tài)平衡破壞，地表塌陷，泉水減少，同時(shí)還污染河道，使水資源和生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。四、促進(jìn)山西煤電工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的主要措施促進(jìn)山西煤電工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，需要企業(yè)與政府職能部門共同以循環(huán)經(jīng)濟(jì)為指導(dǎo)核心思想，大力推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略措施。具體來(lái)說(shuō)，山西煤電工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)主要有以下幾方面措施。（一）提高燃煤發(fā)電效率（減量化Reduce）1.發(fā)展整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（IGCC）加快整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電站建設(shè)，采用IGCC技術(shù)改造現(xiàn)有中小火電機(jī)組，促進(jìn)火電產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)動(dòng)

16、力系統(tǒng)，既有高發(fā)電效率，又有極好的環(huán)保性能。同樣是傳統(tǒng)煤炭能源，IGCC集高發(fā)電效率和環(huán)保性能于一體，彌補(bǔ)了煤炭利用單項(xiàng)技術(shù)難以同時(shí)滿足效率、成本和環(huán)保等多方面的不足，因此，IGCC應(yīng)當(dāng)成為山西煤電工業(yè)未來(lái)發(fā)展的主要方向。2.繼續(xù)實(shí)施“上大壓小”，提高機(jī)組整體容量通常，發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量越大，發(fā)電效率越高。如前所述，山西煤電系統(tǒng)中，10萬(wàn)千瓦以下機(jī)組的裝機(jī)容量占12.32%，因此，山西省有必要進(jìn)一步加大實(shí)施“上大壓小”的措施，提高發(fā)電機(jī)組的整體容量，促進(jìn)超臨界循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)、超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)等高效潔凈的燃煤發(fā)電技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化。（二）綜合利用煤電工業(yè)的廢棄物（再利用Reuse）1.對(duì)煤矸

17、石進(jìn)行綜合利用在目前世界能源緊缺的情況下，在諸多煤矸石綜合利用途徑中，煤矸石發(fā)電是經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最好的一種途徑。對(duì)于煤矸石中碳的含量大于20%的，因其發(fā)熱量高而宜作為燃料發(fā)電。對(duì)于鋁硅比大于0.5的煤矸石，鋁含量高，硅含量低，其礦物含量以高嶺石為主，可作為制作高級(jí)陶瓷、煅燒高嶺土及分子篩選的原料。對(duì)于含硫量大于6%的煤矸石可用作回收硫精礦。2.煤矸石的工程應(yīng)用（1）用作公路路基。由于煤矸石具有良好的工程性能，在工程應(yīng)用方面幾乎涉及各類工程，如作為充填材料替代一般土石構(gòu)筑公路和鐵路的路基與路堤、水工建筑的壩體和護(hù)層，以及其他地基的墊層等。（2）復(fù)墾及回填礦井采空區(qū)。對(duì)逐漸風(fēng)化的、不便利用的矸

18、石山，可進(jìn)行復(fù)墾、綠化；對(duì)表面已風(fēng)化成土的大矸石山，可直接種樹(shù)或開(kāi)墾為牧場(chǎng)；另外，還可以利用煤矸石充填溝谷、塌陷區(qū)等低洼的建筑工程用地，或用于回填礦井采空區(qū)及廢舊礦井，既可使采煤破壞的土地得到恢復(fù)，又可減少煤矸石的占地及對(duì)環(huán)境的污染。3.利用煤矸石制磚和生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品煤矸石燒結(jié)磚是以煤矸石為主要原料，替代部分或者全部粘土燒制而成的一種新型建筑墻體材料，煤矸石用量一般占坯料量的80%以上，有的甚至全部以煤矸石為原料。山西省的煤矸石品味好，可用于增白和超細(xì)高嶺土、鋁鹽系列化學(xué)品等高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)上。利用煤矸石煅燒的高嶺土白度高、細(xì)度純、高分散性、高遮蓋力、可塑性、電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，在

19、多種行業(yè)廣泛采用。（三）發(fā)展空冷機(jī)組發(fā)電，實(shí)施節(jié)水措施（再循環(huán)Recycle）1.發(fā)展空冷機(jī)組電廠燃煤電站采用空冷系統(tǒng)是解決山西富煤貧水矛盾的有效措施?？绽錂C(jī)組在水耗上有著很大的優(yōu)勢(shì)：空冷機(jī)組水耗指標(biāo)是常規(guī)自然冷卻機(jī)組水耗指標(biāo)的1/3.51/5之間；機(jī)組規(guī)模越小空冷機(jī)組節(jié)水能力相對(duì)越強(qiáng)，如30萬(wàn)千瓦空冷機(jī)組的水耗指標(biāo)約是帶冷卻塔的二次循環(huán)冷卻機(jī)組的1/5；60萬(wàn)千瓦的空冷機(jī)組的水耗指標(biāo)約是帶冷卻塔的二次循環(huán)冷卻機(jī)組的1/4.5；100萬(wàn)千瓦的空冷機(jī)組的水耗指標(biāo)約是帶冷卻塔的二次循環(huán)冷卻機(jī)組的1/3.5。因此結(jié)合山西特有的煤炭資源優(yōu)勢(shì)和水資源劣勢(shì)，大力發(fā)展空冷機(jī)組技術(shù)是山西煤電工業(yè)長(zhǎng)期持續(xù)發(fā)展的必然選擇。2.提高火電廠水循環(huán)用水效率（1）火電廠廢水的再利用現(xiàn)代燃煤火力電廠的廢水